ER stress and unfolded protein response in amyotrophic lateral sclerosis—a controversial role of protein disulphide isomerase

Accumulation of proteins in aberrant conformation occurs in many neurodegenerative diseases. Furthermore, dysfunctions in protein handling in endoplasmic reticulum (ER) and the following ER stress have been implicated in a vast number of diseases, such as amyotrophic lateral sclerosis (ALS). During excessive ER stress unfolded protein response (UPR) is activated to return ER to its normal physiological balance. The exact mechanisms of protein misfolding, accumulation and the following ER stress, which could lead to neurodegeneration, and the question whether UPR is a beneficial compensatory mechanism slowing down the neurodegenerative processes, are of interest. Protein disulphide isomerase (PDI) is a disulphide bond-modulating ER chaperone, which can also facilitate the ER-associated degradation (ERAD) of misfolded proteins. In this review we discuss the recent findings of ER stress, UPR and especially the role of PDI in ALS

Utilization of APPswe/PS1dE9 Transgenic Mice in Research of Alzheimer's Disease: Focus on Gene Therapy and Cell-Based Therapy Applications

One of the most extensively used transgenic mouse model of Alzheimer's disease (AD) is APPswe/PS1dE9 mice, which over express the Swedish mutation of APP together with PS1 deleted in exon 9. These mice show increase in parenchymal Aβ load with Aβ plaques starting from the age of four months, glial activation, and deficits in cognitive functions at the age of 6 months demonstrated by radial arm water maze and 12-13 months seen with Morris Water Maze test. As gene transfer technology allows the delivery of DNA into target cells to achieve the expression of a protective or therapeutic protein, and stem cell transplantation may create an environment supporting neuronal functions and clearing Aβ plaques, these therapeutic approaches alone or in combination represent potential therapeutic strategies that need to be tested in relevant animal models before testing in clinics. Here we review the current utilization of APPswe/PS1dE9 mice in testing gene transfer and cell transplantation aimed at improving the protection of the neurons against Aβ toxicity and also reducing the brain levels of Aβ. Both gene therapy and cell based therapy may be feasible therapeutic approaches for human AD

Animal Models of Alzheimer’s Disease: Utilization of Transgenic Alzheimer’s Disease Models in Studies of Amyloid Beta Clearance

Glial cells in Alzheimer’s disease (AD) have been shown to be capable of clearing or at least restricting the accumulation of toxic amyloid beta (Aβ) deposits. Recently, bone marrow (BM)–derived monocytic cells have been recognized in experimental studies to be superior in their phagocytic properties when compared to their brain endogenous counterparts. In human AD, BM-derived monocytic cells may have deficiencies in their capacity to restrict plaque growth. Therefore, enhancement of phagocytic properties of cells of monocyte origin, both brain endogenous microglia and BM-derived monocytic cells, offers an attractive therapeutic approach to fight off AD. Transgenic mouse models with aberrant Aβ deposition offer a valuable tool for discovery of novel pathways to facilitate cell-mediated Aβ uptake. This article reviews the most recent findings on the phagocytic capacity of cells with monocytic origin in various transgenic AD models and describes the methods to study phagocytic activity of these cells

Nontargeted Metabolite Profiling of Induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs) Derived Neural Cells: Insights Into Mechanisms of Brain Diseases

Since the discovery that introduction of four specific genes encoding transcription factors convert mature human somatic cells into induced pluripotent stem cells (iPSCs), there has been an enormous increase in the applications of iPSC technologies to medical sciences, especially in modeling human diseases. In this review, we summarize recent advances in applying human iPSC reprogramming to generate patient-specific neural subtypes in order to reveal molecular pathways affected in various neurodegenerative diseases. Metabolites provide a functional readout of various cellular states enabling identification of biomarker candidates for early diagnosis, segregation of patient cohorts, and to follow-up disease progression or disease responses to novel therapies. With emerging technologies, that is, mass spectrometry and nuclear magnetic resonance applications to metabolomics and various software solutions of bioinformatics, it has become possible to measure thousands of metabolites simultaneously. These fascinating new techniques provide a powerful tool for setting scientific hypotheses and linking cellular pathways to biological mechanism. This review focuses on mass spectrometry-based metabolomics as a tool for iPSC research

Automated Testing of a High Availability System

Saatavuus on tärkeä osa kriittisiä tietojärjestelmiä ja heikon saatavuuden omaavat järjestelmät voivat toimintahäiriöiden seurauksena aiheuttaa suuria taloudellisia tappioita tai jopa hengenvaaraa. Tämän työn tutkimusongelma on, miten saatavuutta voidaan mitata. Tutkimusongelmaa yritetään ratkaista automaattisella testauksella, jonka avulla pyritään mittaamaan testattavan järjestelmän saatavuutta. Automaattisella testauksella yritetään tuottaa kuormaa pitkäkestoisesti testattavaan järjestelmään ja tutkia, miten järjestelmä käyttäytyy. Manuaalinen testaus ei ole tarpeeksi riittävä kuorman tuottamiseen vakaasti ja luotettavasti järkevien resurssien puitteissa. Tässä työssä pyritään mittaamaan saatavuutta useiden eri testausmenetelmien avulla. Saatavuuden testaamisessa sovelletaan toiminnallista testausta, haavoittuvuus-, suorituskyky-, harmaalaatikkotestausta ja mallipohjaista testausta. Saatavuutta mitataan käyttäjän näkökulmasta. Saatavuuden mittaamista varten kehitettiin testipeti. Sen avulla voidaan tutkia potentiaalisia pullonkauloja ja löytää virheitä testattavasta järjestelmästä mittauksen lisäksi. Testauskohteina olivat uusi kehitettävä hätäkeskustietojärjestelmä ERICA ja sen osana toimiva Varotietopalvelu. Tässä työssä pääpaino oli testipedin kehityksessä sekä siinä, että voidaanko automaattisen testauksen avulla mitata korkeaa saatavuutta. Testaukseen valikoitiin vain oleellisimmat järjestelmän toiminnot, joita vasten suoritettiin pitkäkestoisia testejä. Testituloksia on arvioitava huolellisesti, koska testaukset suoritettiin tietyllä aikavälillä ja mittaus on arvio, pääseekö järjestelmä palvelutasosopimuksissa asetettuihin lupauksiin. Todellisuudessa korkean saatavuuden järjestelmien täytyy olla toimintakykyisiä kuukausien ajan ja testauksella voidaan vain saada arvioita järjestelmän toimintakyvystä

Automated Testing of a High Availability System

Saatavuus on tärkeä osa kriittisiä tietojärjestelmiä ja heikon saatavuuden omaavat järjestelmät voivat toimintahäiriöiden seurauksena aiheuttaa suuria taloudellisia tappioita tai jopa hengenvaaraa. Tämän työn tutkimusongelma on, miten saatavuutta voidaan mitata. Tutkimusongelmaa yritetään ratkaista automaattisella testauksella, jonka avulla pyritään mittaamaan testattavan järjestelmän saatavuutta. Automaattisella testauksella yritetään tuottaa kuormaa pitkäkestoisesti testattavaan järjestelmään ja tutkia, miten järjestelmä käyttäytyy. Manuaalinen testaus ei ole tarpeeksi riittävä kuorman tuottamiseen vakaasti ja luotettavasti järkevien resurssien puitteissa. Tässä työssä pyritään mittaamaan saatavuutta useiden eri testausmenetelmien avulla. Saatavuuden testaamisessa sovelletaan toiminnallista testausta, haavoittuvuus-, suorituskyky-, harmaalaatikkotestausta ja mallipohjaista testausta. Saatavuutta mitataan käyttäjän näkökulmasta. Saatavuuden mittaamista varten kehitettiin testipeti. Sen avulla voidaan tutkia potentiaalisia pullonkauloja ja löytää virheitä testattavasta järjestelmästä mittauksen lisäksi. Testauskohteina olivat uusi kehitettävä hätäkeskustietojärjestelmä ERICA ja sen osana toimiva Varotietopalvelu. Tässä työssä pääpaino oli testipedin kehityksessä sekä siinä, että voidaanko automaattisen testauksen avulla mitata korkeaa saatavuutta. Testaukseen valikoitiin vain oleellisimmat järjestelmän toiminnot, joita vasten suoritettiin pitkäkestoisia testejä. Testituloksia on arvioitava huolellisesti, koska testaukset suoritettiin tietyllä aikavälillä ja mittaus on arvio, pääseekö järjestelmä palvelutasosopimuksissa asetettuihin lupauksiin. Todellisuudessa korkean saatavuuden järjestelmien täytyy olla toimintakykyisiä kuukausien ajan ja testauksella voidaan vain saada arvioita järjestelmän toimintakyvystä

Targeting Glycogen Synthase Kinase-3β for Therapeutic Benefit against Oxidative Stress in Alzheimer's Disease: Involvement of the Nrf2-ARE Pathway

Specific regions of the Alzheimer's disease (AD) brain are burdened with extracellular protein deposits, the accumulation of which is concomitant with a complex cascade of overlapping events. Many of these pathological processes produce oxidative stress. Under normal conditions, oxidative stress leads to the activation of defensive gene expression that promotes cell survival. At the forefront of defence is the nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2), a transcription factor that regulates a broad spectrum of protective genes. Glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β) regulates Nrf2, thus making this kinase a potential target for therapeutic intervention aiming to boost the protective activation of Nrf2. This paper aims to review the neuroprotective role of Nrf2 in AD, with special emphasis on the role of GSK-3β in the regulation of the Nrf2 pathway. We also examine the potential of inducing GSK-3β by small-molecule activators, dithiocarbamates, which potentially exert their beneficial therapeutic effects via the activation of the Nrf2 pathway

Human intravenous immunoglobulin provides protection against Aβ toxicity by multiple mechanisms in a mouse model of Alzheimer's disease

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Purified intravenous immunoglobulin (IVIG) obtained from the plasma of healthy humans is indicated for the treatment of primary immunodeficiency disorders associated with defects in humoral immunity. IVIG contains naturally occurring auto-antibodies, including antibodies (Abs) against β-amyloid (Aβ) peptides accumulating in the brains of Alzheimer's disease (AD) patients. IVIG has been shown to alleviate AD pathology when studied with mildly affected AD patients. Although its mechanisms-of-action have been broadly studied, it remains unresolved how IVIG affects the removal of natively formed brain Aβ deposits by primary astrocytes and microglia, two major cell types involved in the neuroinflammatory responses.</p> <p>Methods</p> <p>We first determined the effect of IVIG on Aβ toxicity in primary neuronal cell culture. The mechanisms-of-action of IVIG in reduction of Aβ burden was analyzed with <it>ex vivo </it>assay. We studied whether IVIG solubilizes natively formed Aβ deposits from brain sections of APP/PS1 mice or promotes Aβ removal by primary glial cells. We determined the role of lysosomal degradation pathway and Aβ Abs in the IVIG-promoted reduction of Aβ. Finally, we studied the penetration of IVIG into the brain parenchyma and interaction with brain deposits of human Aβ in a mouse model of AD <it>in vivo</it>.</p> <p>Results</p> <p>IVIG was protective against Aβ toxicity in a primary mouse hippocampal neuron culture. IVIG modestly inhibited the fibrillization of synthetic Aβ1-42 but did not solubilize natively formed brain Aβ deposits <it>ex vivo</it>. IVIG enhanced microglia-mediated Aβ clearance <it>ex vivo</it>, with a mechanism linked to Aβ Abs and lysosomal degradation. The IVIG-enhanced Aβ clearance appears specific for microglia since IVIG did not affect Aβ clearance by astrocytes. The cellular mechanisms of Aβ clearance we observed have potential relevance <it>in vivo </it>since after peripheral administration IVIG penetrated to mouse brain tissue reaching highest concentrations in the hippocampus and bound selectively to Aβ deposits in co-localization with microglia.</p> <p>Conclusions</p> <p>Our results demonstrate that IVIG promotes recognition and removal of natively formed brain Aβ deposits by primary microglia involving natural Aβ Abs in IVIG. These findings may have therapeutic relevance <it>in vivo </it>as IVIG penetrates through the blood-brain barrier and specifically binds to Aβ deposits in brain parenchyma.</p